現(xiàn)澆箱梁滿堂支架地基處理與承載力驗(yàn)算

■林小輝

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州 350001）

0 前言

在箱形結(jié)構(gòu)梁橋施工中，滿堂支架現(xiàn)澆工藝由于具有較好的經(jīng)濟(jì)性與通用性，已成為應(yīng)用最為成熟的施工方法之一。若地基處理不當(dāng)，混凝土澆筑過程中，基礎(chǔ)沉降不均勻或沉降量超標(biāo)，會引起支架坍塌、梁體變形、開裂等質(zhì)量事故，則在施工過程中應(yīng)對地基先進(jìn)行處理，再通過承載力驗(yàn)收對施工效果進(jìn)行評價(jià)，確保橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全。

1 工程概況

本工程位于某國道互通內(nèi)，該橋共十跨，橋長225.5m，前5跨為一聯(lián)現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，橋臺～1號墩～2號墩～3號墩～4號墩～5號墩，箱梁結(jié)構(gòu)為雙箱雙室。連續(xù)箱梁長度為19.5×5=97.5m，高度為1.5m，箱梁底板寬度為7.5m，頂板寬度為10.5m，箱梁底板至地面高度4.8～7m。本聯(lián)箱梁混凝土標(biāo)號為C50，設(shè)計(jì)方量為742.97m3。根據(jù)設(shè)計(jì)方提供的樁基地質(zhì)勘探報(bào)告，支架搭設(shè)區(qū)域原地面為耕植土，需對地基進(jìn)行處理以滿足施工要求。

2 地基承載力計(jì)算

2.1 支架搭設(shè)方案

本工程采用碗扣式滿堂支架，采用Φ48×3.5的鋼管作為支架橫桿和立桿。搭設(shè)支架時(shí)逐聯(lián)搭設(shè)，張拉結(jié)束后方可拆架。經(jīng)受力驗(yàn)算，中部和端部橫墻處立桿間距采用0.6m×0.6m，箱梁腹板處立桿間距為0.6m×0.6m，其余位置立桿間距為0.6m×0.9m，立桿步距為1.2m。立桿底托下縱向設(shè)置5cm×10cm方木，方木放置于硬化后的混凝土頂面，立桿頂托上縱向放置Ⅰ12工字鋼，在工字鋼上橫向設(shè)置軸線間距為30cm的10cm×10cm方木，在方木上安裝1.5cm厚的膠板底模，如圖1所示。

圖1 箱梁滿堂支架設(shè)計(jì)橫斷面示意圖

支架搭設(shè)過程中，要經(jīng)常對支架搭設(shè)質(zhì)量進(jìn)行檢查，做好過程控制。過程中主要檢查支架立桿的豎直度、立桿間距，掃地桿布設(shè)的高度、頂、底托外露長度、上碗扣是否鎖緊、縱橫向及水平向剪刀撐間距設(shè)置是否嚴(yán)格按方案施工。支架搭設(shè)達(dá)到設(shè)計(jì)高度后，要求項(xiàng)目部組織全面的檢查和驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后報(bào)總監(jiān)辦驗(yàn)收，由總監(jiān)辦組織項(xiàng)目部總工等技術(shù)人員再次共同對支架安裝進(jìn)行整體質(zhì)量驗(yàn)收，參加人員現(xiàn)場應(yīng)填寫支架搭設(shè)驗(yàn)收表，確保支架搭設(shè)質(zhì)量有據(jù)可查。

2.2 立桿受力驗(yàn)算

據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊》，采用Φ48×3.5碗扣鋼管作支架，當(dāng)橫桿步距為1.2m時(shí)，對接立桿的容許荷載[N容]=33.6kN。根據(jù)支架設(shè)計(jì)圖，橫梁及腹板區(qū)受力最不利處的平均每平方米布置了 1/（0.6×0.6）=2.78根鋼管，箱室底板受力最不利處的平均每平方米布置了 1/（0.6×0.9）=1.85根鋼管。

以立桿上方的頂托受力最大的立桿作為驗(yàn)算對象，則立桿底部承受豎向荷載為：（1）腹板下：N=60.52kN/m2/2.78 根/m2=21.77kN＜[N容]=33.6kN；（2） 橫梁下：N=60.52 kN/m2/2.78 根/m2=21.77kN＜[N容]=33.6kN；（3）箱室下：N=29.22kN/m2/1.85根/m2=15.79kN＜[N容]=33.6kN。單根立桿承受荷載滿足容許荷載要求。

2.3 地基承載力計(jì)算

立桿基礎(chǔ)底面的平均壓力P=N/A，腹板底部最大荷載N=21.77kN，立桿底部鋼墊板尺寸15cm×15cm，條形枕木與混凝土硬化墊層總厚度為15cm，基礎(chǔ)應(yīng)力擴(kuò)散角取45°，則基礎(chǔ)頂部承壓面積 A=0.45m×0.45m=0.20m2，基底平均壓力P=21.77/0.20=109kPa。安全系數(shù)取1.5，現(xiàn)場地基承載力 f＞109kPa×1.5=164kPa。

經(jīng)現(xiàn)場輕型觸探試驗(yàn)顯示，地基承載力容許值小于150kPa，最小值為85kPa，需對地基進(jìn)行處理，才能滿足承載力要求。

3 地基處理

本工程現(xiàn)澆連續(xù)箱梁順橋向穿越農(nóng)田，為了確保現(xiàn)澆箱梁的支架穩(wěn)定，減少不均勻沉降，支架搭設(shè)前需將農(nóng)田表層耕植土進(jìn)行清理，結(jié)合本工程實(shí)際情況，地基采取以下處理方法：

（1）對于農(nóng)田部分，首先挖除40cm厚地表土，挖除后采用觸探儀進(jìn)行地基承載力檢測，要求地基承載力達(dá)到150kPa，如達(dá)不到要求則應(yīng)加深開挖換填深度；進(jìn)行整平，然后在地基兩側(cè)挖排水溝，降低地基含水量，并用壓路機(jī)壓實(shí)地基，壓實(shí)度達(dá)到90%以上。上面鋪設(shè)30cm厚級配碎石，再用壓路機(jī)將其壓實(shí)，在其頂部澆筑15cm厚C15砼。

（2）對于承臺基坑回填部分，為減小不均勻沉降，先清除積水和稀泥，填筑材料及方法同上。上部鋪50cm級配碎石振動壓實(shí)，再澆筑15cm厚的C15砼。

因地基處理的好壞直接影響后續(xù)支架及現(xiàn)澆箱梁的穩(wěn)定，要求項(xiàng)目部施工前應(yīng)嚴(yán)格做好技術(shù)交底工作，按方案組織施工，每道工序完成后須經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)合格后方可進(jìn)入下道工序。支架地基處理應(yīng)大于支架兩側(cè)臨邊外沿線50cm，過程中應(yīng)嚴(yán)格做好壓實(shí)度檢測并確保砼澆筑厚度，確保地基處理質(zhì)量。

4 地基處理后承載力驗(yàn)收

4.1 地基容許應(yīng)力值

當(dāng)基底作用豎向集中力P時(shí)，基礎(chǔ)中心點(diǎn)下豎向附加應(yīng)力沿深度方向曲線減小，支架基底最大壓力為109kPa，由布辛奈斯克公式可求得換填深度1m處豎向附加應(yīng)力σ=52kPa，小于地基承載力最低值85kPa，說明下臥土層地基承載力滿足要求。根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD63-2007）表4.5.4的規(guī)定，碎石墊層地基承載力容許值為200～300kPa，滿足支架施工對地基承載力的要求。

4.2 最終沉降量估算

承載力表現(xiàn)為強(qiáng)度與穩(wěn)定性兩個(gè)方面，地基承載力容許值是地基的強(qiáng)度指標(biāo)，地基穩(wěn)定性還需檢驗(yàn)支架預(yù)壓沉降量。《鋼管滿堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T194-2009）規(guī)定，對支架基礎(chǔ)代表性區(qū)域的預(yù)壓監(jiān)測過程中，當(dāng)最初72h各監(jiān)測點(diǎn)的沉降量平均值小于5mm時(shí)，應(yīng)判定同類支架基礎(chǔ)的其余部分預(yù)壓是否合格。一般預(yù)壓過程任務(wù)繁重，要了解土的壓縮性能，亦可通過計(jì)算地基最終沉降量，驗(yàn)算基礎(chǔ)沉降量是否滿足規(guī)范要求；壓縮模量可通過荷載板試驗(yàn)確定，最終沉降量計(jì)算可采用土力學(xué)彈性理論方法。

（1）荷載板試驗(yàn)

采用《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG E60-2008）承載板測定地基回彈模量試驗(yàn)法，加載設(shè)施為一后軸重≥60kN的載重汽車，輪胎充氣壓力0.50MPa；剛性承載板厚20mm，直徑為30cm；加載裝置由千斤頂、測力環(huán)與壓力表組成，回彈變形由彎沉儀檢測。

從基底原泥漿池區(qū)和非泥漿池區(qū)分別選取兩處代表性區(qū)域進(jìn)行荷載板試驗(yàn)，支架基礎(chǔ)變形P-L曲線如圖1所示，對數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，相關(guān)系數(shù)分別為0.981和0.989，說明荷載壓強(qiáng)0.4MPa范圍內(nèi)，P-L為線性相關(guān)曲線；曲線起始段并不存在反彎現(xiàn)象，表明地基表層已碾壓密實(shí)。取結(jié)束試驗(yàn)前的各回彈變形值，按線性回歸方法由公式（1）計(jì)算土基回彈模量E0值。

上式中，D為荷載板直徑；μ0為土泊松比，對碎石土取0.3。

最終計(jì)算可得，原泥漿池區(qū)地基回彈模量為265.2MPa，非泥漿池地基回彈模量為245.7MPa。

圖1 P-L曲線圖

（2）最終沉降量估算

將每個(gè)支架立桿視作一個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)，傳遞到換填土基頂部的平均壓力視為基底附加應(yīng)力，受力面積為最終沉降量估算0.45m×0.45m，計(jì)算出基底最大沉降，即可預(yù)測滿堂支架預(yù)壓沉降值?；鬃畲髴?yīng)力109kPa，考慮1.2的預(yù)壓荷載系數(shù)，基礎(chǔ)底面最大應(yīng)力p=109kPa×1.2=131kPa，處于荷載板試驗(yàn)P-L曲線的線性范圍內(nèi)，因此，可通過彈性理論公式（2）計(jì)算最終沉降量。

上式中，基礎(chǔ)底面平均壓力p=131kPa，基礎(chǔ)寬度b=0.45m，土泊松比μ=0.3，變形模量E0=245.7MPa，查表得沉降影響系數(shù)ω=0.88，計(jì)算最終沉降量s=0.19mm，比規(guī)范規(guī)定的5mm相比甚小，足以表明支架基礎(chǔ)滿足施工要求，不均勻沉降忽略不計(jì)。

5 結(jié)語

行檢查，包括支架基礎(chǔ)預(yù)壓、支架預(yù)壓、沉降量觀測等，操作任務(wù)繁重、工效較低。本文對地基處理從兩個(gè)方面進(jìn)行承載力驗(yàn)算：（1）通過查表確定換填土層的地基承載力容許值大于支架基底最大應(yīng)力；（2）進(jìn)行荷載板試驗(yàn)，確定地基變形模量，計(jì)算支架最終沉降量，結(jié)果顯示支架沉降量遠(yuǎn)小于規(guī)定值。試驗(yàn)操作簡便，能快速得到最終沉降值，為支架的安全施工提供了有益的參考。

滿堂支架地基處理質(zhì)量一般采用預(yù)壓驗(yàn)收的方式進(jìn)